アディティブマニュファクチャリングの工業化：2021年の3つの主要トレンド

アディティブマニュファクチャリングは、設計、製造、後処理の3つの要素に依存しています。これらの各分野における現在の傾向はどのようなものであり、3D印刷の工業化をサポートするためにどのように進化していますか？

積層造形の設計の自動化

アディティブマニュファクチャリング（DfAM）の設計の重要な部分は、手動のままです。熟練したエンジニアでさえ、最良の方向性、技術、材料を理解するために、新しい部品に30分から数時間費やすことができます。

何百もの部品にAMを採用しようとしているメーカーにとって、それぞれを3D印刷するかどうか、そしてどのように印刷するかを決定するためだけに、1年間のエンジニアリング時間で数万ドルかかる可能性があります。

AMソフトウェア会社は、設計段階を簡素化し、AMをスケーラブルなテクノロジーに進化させるために、いくつかの方法でこの課題に取り組んでいます。

たとえば、NtopologyのnTopソフトウェアは再利用可能な設計ワークフローを提供しますが、格子構造の作成やシリアル番号の追加などの特定の反復タスクは自動化できます。

設計の実行可能性を理解するためのさらなる取り組みとして、PrintSystは、エンジニアがSTLファイルを評価し、適切なプロセス、適切な材料、および予想されるコストについての洞察を得ることができるAIベースのツールを開発しました。その結果、エンジニアは3D印刷について迅速、簡単、正確な決定を下すことができるツールになります。

ただし、複合部品や金属部品などのより複雑なアプリケーションの場合、単純なファイル評価では不十分な場合があります。

これがシミュレーションソフトウェアの出番であり、エンジニアは印刷プロセスをモデル化し、材料特性に対するさまざまなパラメータの影響を予測できます。このアプローチにより、試行錯誤によるビルドモデリングに関連する時間とコストを節約できます。

とはいえ、AMビルドのシミュレーションにはかなりの計算リソースが必要になる可能性がありますが、一部のソフトウェアプロバイダーは、設計ツールとエンジニアリングツールをクラウドに接続し、集中的な計算をオフロードすることで、このハードルを克服しようとしています。

しかし、合理化されたDfAMの扉を開く究極の開発は、さまざまな設計およびシミュレーションツール間の相互運用性と接続性です。

そのため、小規模なソフトウェア会社間のパートナーシップがますます増えており、大規模なプレーヤーは1つのソリューションに製品をバンドルすることに取り組んでいます。たとえば、オートデスクは3D印刷用のNetfabbツールスイートをFusion 360スイートに統合しており、最近、シミュレーション拡張機能の追加も発表しました。

この傾向は、接続されたデジタルスレッドを作成するというより大きな動きに分類されます。この場合、データは設計、製造、および後処理の各段階で簡単に流れます。そしてこれは、デジタル化された添加剤生産管理の次のエキサイティングな開発に私たちをもたらします。

デジタル化されたAM生産管理

AMの産業化とは、効率的でスケーラブルでエラーのない生産を可能にするために、可能な限り多くの手作業を排除することを意味します。この点で、メーカーが注意すべき1つの傾向は、高度な生産管理ソリューションの台頭です。

AMでは、生産管理は、ビルドの注文のバンドル、AMシステムのスケジューリング、後処理とQA操作の計画、各ステップが計画どおりに実行されることの追跡など、AM生産プロセスの主要な段階をカバーします。

ただし、AMテクノロジの多くのユーザーは、スプレッドシートなどの適合性の低いソリューションを使用してこれらのタスクを手動で実行するためにスタッフに依存しているため、データの再入力やエラーが標準になっています。

生産管理プロセスをデジタル化することで、AMは成熟に一歩近づきます。異種の手動ソリューションでは不可能だった方法で、運用を一元化、標準化、自動化するのに役立ちます。

過去数年にわたって、付加的な製造実行システム（MES）ソリューションは、この種のデジタルトランスフォーメーションの主要なイネーブラーになりました。

アディティブMESの使用例の例は、3Dプリンターの種類、その可用性、材料など、指定された要件に基づいて、受信注文を印刷バッチに自動的に割り当てる機能です。

このような自動化により、多くのメリットがもたらされます。スケジューリングワークフローが標準化されているため、AMジョブをスケジュールするときにマネージャーがミスを犯すリスクが少なくなります。このように生産ワークフローを合理化することで、AMを柔軟に拡張できます。

過去数年間で、加法MESも進化し、AMシステムなどの組織データとの統合が大幅に強化され、生産、後処理、サプライチェーン、および人材が1つのシステムに統合されました。

AMの運用をこのように制御することで、AMの製造業者と管理者は、ボトルネックを特定し、リソースをより有効に活用し、情報に基づいた意思決定を行って生産をより効率的にするために必要なすべてのデータを得ることができます。

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後処理ワークフローの最適化

研磨、粉末、サポートの除去のための3D印刷後処理技術は大幅に進化しましたが、その1つの側面は長い間見過ごされてきました。それは、大量の部品を処理するための後処理ワークフローの編成です。

私が何を意味するのかを理解するために、例としてHPパウダーベッドフュージョン3Dプリンターを使用した平均的な生産実行を見てみましょう。システムと材料を最大限に活用するために、ほとんどのメーカーは3Dプリンターにできるだけ多くの部品を搭載しようとします。

製造プロセスの最後に、これらの部品（多くの場合、さまざまな注文のさまざまなアイテムが混在している可能性があります）を識別し、並べ替えて、関連する後処理ユニットに送信する必要があります。

現在、これらのタスクは手動で実行されており、特に成長するにつれて、AMプロダクション全体の経済性に大きな影響を与える可能性があります。つまり、新しいAMシステムを追加するときは、後処理タスクを処理するために2人以上を雇う必要があります。

収益の観点から、このアプローチが長期的に経済的に実行可能ではないことは明らかです。

AMの使用を効率的に工業化および拡張するには、ポストプロダクションワークフローを統合して自動化する必要があります。

印刷後の部品の仕分け、追跡、ルーティングの自動化を開拓した1つの会社は、AM-Flowです。 AM-Flowのチームは、自動化されたAMファクトリのビジョンに私たちを近づける巧妙なソリューションを開発しました。

同社のソリューションスタックには、以前はスタッフが行っていたさまざまなタスクを自動化するように設計されたさまざまなモジュールが含まれています。たとえば、あるモジュールはAIを利用したコンピュータービジョンを使用して印刷後に部品を識別し、別のモジュールはロボットアームを使用して部品を選別モジュールに移動します。選別モジュールは、部品を必要な後処理ステーションに配送する無人搬送車に接続します。 。

ただし、プロセス全体を同期して機能させるには、製造業者は後処理操作とMESの間の接続を確保する必要があります。

「部品が3D印刷工場をどのように移動するかのロジックは、すべてのデジタル工場のバックボーンであるMESによって管理されます」と、AM-FlowのコマーシャルディレクターであるCarlosZwikkerは3DPrinting MediaNetworkとのインタビューで述べています。

「私たちは、印刷された部品の認識、並べ替え、ルーティングを提供します。MESソフトウェアは、部品がどのプリンターから来て、次にどこに行く必要があるかを教えてくれます。後処理またはパッケージ化してエンドカスタマーに出荷します。このようにして、AM生産ラインに完全な「追跡と追跡」プロセスを提供できます。」

積層造形の工業化：エコシステムアプローチ

より多くの企業が産業用3D印刷を使用し始めると、AMシステムまたは材料のコストがテクノロジーの使用を拡大するための主要な制限要因ではなくなったことが明らかになります。 AMユーザーは、プロセスの接続と合理化が困難なエコシステムでますます多くの課題に直面しています。

したがって、AMの工業化を推進する最大のトレンドは、3D印刷プロセスを自動化および統合するためのソリューションを提携および作成するための、セクター内での一般的な取り組みです。このようなソリューションは、AMが世界の製造業の再構築に向けたより信頼性が高く収益性の高いテクノロジーになるのに役立ちます。

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